cfpdБюллетень физиологии и патологии дыханияBulletin Physiology and Pathology of Respiration1998-5029Дальневосточный научный центр физиологии и патологии дыхания10.36604/1998-5029-2024-91-77-83cfpd-1146Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯORIGINAL RESEARCHВзаимосвязи между молекулами, отражающими нарушения клеточного дыхания, степень окислительного стресса, и гликированным гемоглобином при ретинопатии на фоне сахарного диабета 2 типаCorrelation between molecules, which reflect malfunctioning of cellular respiration, degree of oxidative stress, and glycated hemoglobin in retinopaties with type 2 diabeteshttps://orcid.org/0000-0002-0724-0352ФефеловаЕ. В.FefelovaE. V.

Елена Викторовна Фефелова, д-р мед. наук, доцент, профессор кафедры патофизиологии, 

672000, г. Чита, ул. Горького, 39 А

Elena V. Fefelova, MD, PhD, DSc (Med.), Professor of the Department of Pathophysiology,

39A Gorky Str. Chita, 672000

fefelova.elena@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-6308-3411МаксименяМ. В.MaksimenyaM. V.

Мария Владимировна Максименя, канд. биол. наук, старший научный сотрудник, лаборатория клинической и экспериментальной биохимии и иммунологии НИИ молекулярной медицины, 

672000, г. Чита, ул. Горького, 39 А

Maria V. Maksimenya, PhD (Biol.), Senior Staff Scientist, Laboratory of Clinical and Experimental Biochemistry and Immunology, Research Institute of Molecular Medicine,

39A Gorky Str. Chita, 672000

mmv4510@mail.ruhttps://orcid.org/0009-0007-3163-4953СаклаковаО. А.SaklakovaO. A.

Ольга Алексеевна Саклакова, ассистент, кафедра офтальмологии,

672000, г. Чита, ул. Горького, 39 А

Olga A. Saklakova, Assistant, Department of Ophthalmology,

39A Gorky Str. Chita, 672000

saklakovaoa@mail.ruКараваеваТ. М.KaravaevaT. M.

Татьяна Михайловна Караваева, канд. мед. наук, доцент, старший научный сотрудник, лаборатория клинической и экспериментальной биохимии и иммунологии НИИ молекулярной медицины,

672000, Россия, г. Чита, ул. Горького, 39А

Tatyana M. Karavaeva, MD, PhD (Med.), Associate professor, Senior Staff Scientist, Laboratory of Clinical and Experimental Biochemistry and Immunology, 

39A Gorky Str. Chita, 672000

KaTany1@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0003-0061-8014КоцюржинскаяН. Н.KotsyurzhinskayaN. N.

Наталья Николаевна Коцюржинская, канд. биол. наук, доцент, заведующая кафедрой, кафедра химии и биохимии, 

672000, г. Чита, ул. Горького, 39 А

Natalya N. Kotsyurzhinskaya, MD, PhD (Biol.), Associate Professor, Head of the Department of Chemistry and Biochemistry,

39A Gorky Str. Chita, 672000

nata_nik_k@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-8601-3499ТерешковП. П.TereshkovP. P.

Павел Петрович Терешков, канд. мед. наук, ведущий научный сотрудник, лаборатория клинической и экспериментальной биохимии и иммунологии НИИ молекулярной медицины, 

672000, г. Чита, ул. Горького, 39 А

Pavel P. Tereshkov, PhD (Med.), Leading Staff Scientist, Laboratory of Clinical and Experimental Biochemistry and Immunology, Research Institute of Molecular Medicine, 

39A Gorky Str. Chita, 672000

tpp6915@mail.ruФедеральное государственное бюджетное учреждение высшего образования «Читинская государственная медицинская академия» Министерства здравоохранения Российской ФедерацииChita State Medical Academy2024220320240917783Copyright © Фефелова Е.В., Максименя М.В., Саклакова О.А., Караваева Т.М., Коцюржинская Н.Н., Терешков П.П., 20242024Фефелова Е.В., Максименя М.В., Саклакова О.А., Караваева Т.М., Коцюржинская Н.Н., Терешков П.П.Fefelova E.V., Maksimenya M.V., Saklakova O.A., Karavaeva T.M., Kotsyurzhinskaya N.N., Tereshkov P.P.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://cfpd.elpub.ru/jour/article/view/1146Введение

Введение. Патогенетическая роль биохимических изменений в развитии диабетической ретинопатии (ДР) несомненна и обуславливает важность исследований, раскрывающих нарушения метаболизма как отдельных молекул, так и показывающих взаимосвязи между ними. Исходя из общности процессов тканевого дыхания, обмена моносахаридов, триптофана, активации перекисного окисления липидов, представляет интерес изучение взаимосвязи между метаболитами данных путей при ретинопатии.

Цель

Цель. Сравнительный анализ и поиск корреляционных взаимосвязей между показателями метаболитов кинуренинового пути, промежуточных продуктов перекисного окисления липидов и гликированным гемоглобином (HbA1c) в крови у пациентов с ретинопатией на фоне сахарного диабета (СД) 2 типа.

Материалы и методы

Материалы и методы. Всего обследовано 126 пациентов, из них 21 здоровый человек, 21 пациент с «преддиабетом», 21 пациент с СД 2 типа и 63 пациента с СД 2 типа и ДР различной степени тяжести. У всех участников исследования в плазме крови определяли содержание кинуренинов (кинуренин (KYN), 3-гидроксикинуренин (3-НKYN), кинуреновая кислота (KYNA)) и малонового диальдегида (МДА) методом высокоэффективной жидкостной хроматографии. Уровень HbA1c выявляли спектрофотометрически.

Результаты

Результаты. В группе лиц с «преддиабетом» значения всех изучаемых показателей в плазме крови повышались относительно контрольной группы. В группе пациентов с СД 2 типа уровни KYN, 3-НKYN и МДА достоверно превышали таковые в группе лиц с «преддиабетом». В группе лиц с ДР все показатели оставались высокими, значения 3-НKYN и KYNA демонстрировали статистическую разницу по сравнению с группой больных СД. При проведении корреляционного анализа выявлены связи между показателями HbA1 и KYN (r=0,77; p ˂ 0,001), 3-НKYN (r=0,80; p ˂ 0,001), KYNA (r=0,72; p ˂ 0,001) и МДА (r=0,84; p ˂ 0,001), а также НKYN и МДА (r=0,50; p=0,002). Корреляции были между показателями HbA1c и шкалой глазного дна (r=0,82; p ˂ 0,001).

Заключение

Заключение. Повышенный уровень гликозилированного гемоглобина и продуктов липопероксидации в крови при ретинопатии на фоне СД 2 типа, рост концентраций KYN, 3-HKYN, KYNA, наличие корреляционных связей между перечисленными показателями служат основой для доказательства взаимосвязи неконтролируемой гипергликемии с изменением клеточного дыхания и развитием окислительного стресса. Гипоксическое влияние и накопление промежуточных продуктов метаболизма кинуренинового пути способствует прогрессирующему нервно-сосудистому поражению сетчатки, активации процессов перекисного окисления липидов и воспалению.

Introduction

Introduction. The pathogenetic role of biochemical changes in the development of diabetic retinopathy (DR) is undoubted and determines the importance of studies that reveal metabolic disorders of both individual molecules and show the relationships between them. Because of some commonalities between tissue respiration, monosaccharide and tryptophan exchange, and activation of lipid peroxidation (LP), there is an interest in studying the relationship between metabolites of these pathways in retinopathy.

Aim

Aim. The aim is to study the content of metabolites of the kynurenic pathway and intermediate product of lipid peroxidation in blood, and to reveal the correlation between them and glycated hemoglobin’s (HbA1c) level in retinopathy with type 2 diabetes.

Materials and methods

Materials and methods. The 1st group (control group) included 21 healthy people; the 2nd group included 21 people with «prediabetes», the 3rd group - 21 patients with type 2 diabetes, the 4th group - 63 people with type 2 diabetes and diabetic retinopathy (DR) of varying severity levels. The content of kynurenines in the blood plasma (kynurenine (KYN), 3-hydroxykynurenine (3-HKYN), kynurenic acid (KYNA)) of all participants, as well as the concentration of malondialdehyde (MDA) was determined by high-performance liquid chromatography using a Shimadzu LC-20 chromatograph (Japan). The level of glycated hemoglobin (HbA1c) was determined using Beckman Coulter AU 480 (USA) biochemical analyzer. The results were calculated using Jamovi program version 2.3.

Results

Results. In the group of people with «prediabetes», the values of all studied parameters in the blood plasma were increased in comparison with the control group. In the group of patients with type 2 diabetes, the levels of KYN, 3- НKYN and MDA significantly exceeded those in the group of people with «prediabetes». In the group of people with DR, all indicators remained high, the values of 3-НKYN and KYNA showed a statistical difference compared to the group of patients with diabetes. When conducting a correlation analysis, corellations were identified between the level of HbA1c on the one hand and the values of KYN (r=0.77; p ˂ 0.001), concentrations of 3-НKYN (r=0.80; p ˂ 0.001), KYNA (r= 0.72; p ˂ 0.001) and MDA (r=0.84; p ˂ 0.001) – on the other. There was a correlation between HbA1c level and fundus scale (r=0.82; p ˂ 0.001) and between concentrations (of 3-HKYN) and MDA (r=0.50; p=0.002).

Conclusion

Conclusion. An increased level of glycosylated hemoglobin and lipid peroxidation products in the blood during retinopathy against the background of type 2 diabetes, an increase in the concentrations of KYN, 3-HKYN, KYNA, and the presence of correlations between these indicators serve as the basis for proving the relationship of uncontrolled hyperglycemia with changes in cellular respiration and the development of oxidative stress. Hypoxic effects and the accumulation of intermediate metabolic products of the kynurenine pathway contribute to progressive neurovascular damage to the retina, activation of lipid peroxidation processes and inflammation.

клеточное дыханиекинурениныокислительный стрессгликированный гемоглобинсахарный диабет 2 типаретинопатияcellular respirationkynureninsoxidative stressglycated hemoglobintype 2 diabetesretinopathyReferencesKang Q., Yang C. Oxidative stress and diabetic retinopathy: Molecular mechanisms, pathogenetic role and therapeutic implications // Redox Biol. 2020. Vol.37. Article number: 101799. https://doi.org/10.1016/j.redox.2020.101799Kang Q., Yang C. Oxidative stress and diabetic retinopathy: Molecular mechanisms, pathogenetic role and therapeutic implications. Redox Biol. 2020; 37:101799. https://doi.org/10.1016/j.redox.2020.101799.Wang J., Li M., Geng Z., Khattak S., Ji X., Wu D., Dang Y. Role of oxidative stress in retinal disease and the early intervention strategies: a review // Oxid. Med. Cell Longev. 2022. Vol.2022. Article number: 7836828. https://doi.org/10.1155/2022/7836828Wang J., Li M., Geng Z., Khattak S., Ji X., Wu D., Dang Y. Role of oxidative stress in retinal disease and the early intervention strategies: a review. Oxid. Med. Cell Longev. 2022; 2022: 7836828. https://doi.org/10.1155/2022/7836828Yang Z., Tan T.E., Shao Y., Wong T.Y, Li X. Classification of diabetic retinopathy: Past, present and future // Front. Endocrinol. (Lausanne). 2022. Vol.13. Article number: 1079217. https://doi.org/10.3389/fendoYang Z., Tan T.E., Shao Y., Wong T.Y, Li X. Classification of diabetic retinopathy: Past, present and future. Front. Endocrinol. (Lausanne) 2022; 13:1079217. https://doi.org/10.3389/fendoCarpi-Santos R., de Melo Reis R.A., Gomes F.C.A., Calaza K.C. Contribution of müller cells in the diabetic retinopathy development: focus on oxidative stress and inflammation // Antioxidants (Basel). 2022. Vol.11, Iss.4. Article number: 617. https://doi.org/10.3390/antiox11040617Carpi-Santos R., de Melo Reis R.A., Gomes F.C.A., Calaza K.C. Contribution of müller cells in the diabetic retinopathy development: focus on oxidative stress and inflammation. Antioxidants (Basel) 2022; 11(4):617. https://doi.org/10.3390/antiox11040617Vermot A., Petit-Härtlein I., Smith S.M.E., Fieschi F. NADPH oxidases (NOX): An overview from discovery, molecular mechanisms to physiology and pathology // Antioxidants (Basel). 2021. Vol.10, Iss.6. Article number: 890. https://doi.org/10.3390/antiox10060890Vermot A., Petit-Härtlein I., Smith S.M.E., Fieschi F. NADPH oxidases (NOX): an overview from discovery, molecular mechanisms to physiology and pathology. Antioxidants (Basel) 2021;10(6): 890. https://doi.org/10.3390/antiox10060890Kozieł K., Urbanska E.M. Kynurenine pathway in diabetes mellitus-novel pharmacological target? // Cells. 2023. Vol.12, Iss.3. Article number: 460. https://doi.org/10.3390/cells12030460Kozieł K., Urbanska E.M. Kynurenine Pathway in diabetes mellitus-novel pharmacological target? Cells 2023;12(3):460. https://doi.org/10.3390/cells12030460Соловьев Н.В. Возможность фармакологической коррекции, NMDA-индуцированной эксайтотоксичности сетчатки производными 3-гидроксипиридина // Современные технологии в офтальмологии. 2023. №2(48). C. 64– 70. EDN: XYFKRQ. https://doi.org/10.25276/2312-4911-2023-2-64-70Soloviev N.V. [Possibility of pharmacological correction of NMDA-induced retinal excitotoxicity with 3-hydroxypyridine derivatives]. Sovremennye tekhnologii v oftal'mologii 2023; 2(48): 64–70 (in Russian). https://doi.org/10.25276/2312-4911-2023-2-64-70Xie N., Zhang L., Gao W., Huang C., Huber P.E., Zhou X., Li C., Shen G., Zou B. NAD+ metabolism: pathophysiologic mechanisms and therapeutic potential // Signal Transduct. Target. Ther. 2020. Vol. 5, №1. Article number: 227. https://doi.org/10.1038/s41392-020-00311-7Xie N., Zhang L., Gao W., Huang C., Huber P.E., Zhou X., Li C., Shen G., Zou B. NAD+ metabolism: pathophysiologic mechanisms and therapeutic potential. Signal. Transduct. Target. Ther. 2020; 5(1): 227. https://doi.org/10.1038/s41392-020-00311-7Sano H., Nakamura A., Yamane M., Niwa H., Nishimura T., Araki K., Takemoto K., Ishiguro K.I., Aoki H., Kato Y., Kojima M. The polyol pathway is an evolutionarily conserved system for sensing glucose uptake // PLoS Biol. 2022. Vol. 20, №6. Article number: e3001678. https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3001678Sano H., Nakamura A., Yamane M., Niwa H., Nishimura T., Araki K., Takemoto K., Ishiguro K.I., Aoki H., Kato Y., Kojima M. The polyol pathway is an evolutionarily conserved system for sensing glucose uptake. PLoS Biol. 2022; 20(6): e3001678. https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3001678Shabalala S.C., Johnson R., Basson A.K., Ziqubu K., Hlengwa N., Mthembu S.X.H,. Mabhida S.E., Mazibuko-Mbeje S.E., Hanser S., Cirilli I., Tiano L., Dludla P.V. Detrimental effects of lipid peroxidation in type 2 diabetes: exploring the neutralizing influence of antioxidants // Antioxidants (Basel). 2022. Vol.11, №10. Article number: 2071. https://doi.org/10.3390/antiox11102071Shabalala S.C., Johnson R., Basson A.K., Ziqubu K., Hlengwa N., Mthembu S.X.H,. Mabhida S.E., MazibukoMbeje S.E., Hanser S., Cirilli I., Tiano L., Dludla P.V. Detrimental effects of lipid peroxidation in type 2 diabetes: exploring the neutralizing influence of antioxidants. Antioxidants (Basel) 2022; 11(10): 2071. https://doi.org/10.3390/antiox11102071Фефелова Е.В., Саклакова О.А., Максименя М.В., Коцюржинская Н.Н., Караваева Т.М., Терешков П.П. Метаболиты кинуренинового пути обмена триптофана в развитии ангиопатий при сахарном диабете // Забайкальский медицинский вестник. 2023. №2. С. 173-189. https://doi.org/10.52485/1998617320232173Fefelova E.V., Saklakova O.A., Maksimenya M.V., Kotsyurzhinskaya N.N., Karavaeva T.M., Tereshkov P.P. [Kynurenine pathway metabolites of tryptophan metabolism in the development of angiopathies during diabetes mellitus]. Zabaykal'skiy meditsinskiy vestnik = Transbaikal Medical Bulletin 2023; 2: 173–189 (in Russian). https://doi.org/10.52485/1998617320232173

The authors declare that there are no conflicts of interest present.